從2010 年高考江蘇卷第14 題看“等效平衡”問題的變遷

張 援

（蘇州大學(xué)附屬中學(xué) 江蘇 蘇州 215006 ）

“等效平衡”問題曾經(jīng)是化學(xué)平衡中的熱點問題，這類問題的廣為流行可能始于1993 年全國高考化學(xué)卷中的第34 題，然而時隔17 年后，當(dāng)“等效平衡”問題又一次在2010 年高考江蘇卷上出現(xiàn)時，還是令許多教師和考生感到意外，這似乎令人難以理解，但如果我們對“等效平衡”問題的發(fā)展過程進行一番回顧梳理， 也許對這類問題未來的走向能有一個清晰的判斷。

【1993 年高考全國卷·34】 在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個一定容積的密閉的容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：

當(dāng)此反應(yīng)進行到一定程度時， 反應(yīng)混和物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)。 現(xiàn)在該容器中， 維持溫度不變， 令a、b、c 分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量（mol）。 如果a、b、c 取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關(guān)系， 才能保證達到平衡時， 反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時的完全相同。 請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（1）若a＝0，b＝0，則c＝______。

（2）若a＝0．5，則b＝______和c＝______。

（3）a、b、c 取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a 和c，另一個只含b 和c）：________________________。

答案：（1）c＝2 （2）b＝0．25 c＝1．5 （3）a＋c＝2 2b＋c＝2

在這之后“等效平衡”問題便頻頻出現(xiàn)在高考題中，其中江蘇卷中的“等效平衡”試題以其新穎獨特、 綜合全面給人耳目一新的感覺， 其中尤以2003 年高考題令人深刻印象。

【2003 年高考江蘇卷·26】I．恒溫、恒壓下，在一個可變?nèi)莘e的容器中發(fā)生如下發(fā)應(yīng)：

A（g）＋B（g）?C（g）

（1）若開始時放入1molA 和1molB，到達平衡后，生成a molC，這時A 的物質(zhì)的量為 mol。

（2）若開始時放入3molA 和3molB，到達平衡后，生成C 的物質(zhì)的量為___mol。

（3） 若開始時放入x molA，2molB 和1molC，到達平衡后，A 和C 的物質(zhì)的量分別是ymol 和3a mol，則x＝___mol，y＝___mol。 平衡時，B 的物質(zhì)的量 （選填一個編號）

（甲）大于2 mol

（乙）等于2 mol

（丙）小于2 mol

（丁）可能大于、等于或小于2mol

作出此判斷的理由是______。

（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到達平衡后，C 的物質(zhì)的量分數(shù)是______。

II．若維持溫度不變，在一個與（1）反應(yīng)前起始體積相同、且容積固定的容器中發(fā)生上述反應(yīng)。

（5）開始時放入1molA 和1molB 到達平衡后生成b molC。 將b 與 （1） 小題中的a 進行比較______（選填一個編號）。

（甲）a＜b （乙）a＞b

（丙）a＝b （丁）不能比較a 和b 的大小

作出此判斷的理由是_______________。

答案：（1）（1－a） （2）3a （3）2 3－3a 丁因y＝3－3a，若3a＞1，B 的物質(zhì)的量小于2mol；若3a＝1，B 的物質(zhì)的量等于2mol；若3a＜1，B 的物質(zhì)的量大于2mol。

新課標(biāo)開始實施以來，由于《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊中增加了“化學(xué)平衡常數(shù)”的內(nèi)容，使得從定量的角度處理化學(xué)平衡問題有了理論上的依據(jù)，人們開始轉(zhuǎn)向用化學(xué)平衡常數(shù)去處理有關(guān)化學(xué)平衡的計算問題，認為“等效平衡”作為一類特定問題的特殊方法，完全可以被化學(xué)平衡常數(shù)所覆蓋。實際情況也正像人們所預(yù)料的那樣，近幾年來“等效平衡” 問題在高考和平時教學(xué)中見到的確實越來越少了。然而2010 年高考江蘇卷秉承其一貫傳統(tǒng)，再一次將“等效平衡”問題以全新的面貌展現(xiàn)在了我們面前。

【2010 年高考江蘇卷·14】在溫度、容積相同的3 個密閉容器中， 按不同方式投入反應(yīng)物， 保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下（已知N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（g） ΔH＝－92．4kJ·mol－1）

?

下列說法正確的是 （ ）

A．2 c1＞c3B．a(chǎn)＋b＝92．4

C．2 p2＜p3D．α1＋α3＜1

解：這是一個恒溫、恒容模型

解：這是一個恒溫、恒容模型

（1）c1與c3的關(guān)系

丙容器中起始投料相當(dāng)于甲容器中起始投料的2 倍，在恒容的丙容器中相當(dāng)于甲容器平衡后的體積壓縮至原來的一半，此時2c1＝c3，但平衡向正反應(yīng)方向移動NH3的物質(zhì)的量有所增加，有2c1＜c3。

（2）p2與p3的關(guān)系

丙容器中的平衡狀態(tài)相當(dāng)于乙容器平衡后加壓，根據(jù)勒夏特列原理，平衡后丙容器中氣體的壓強比乙容器中的2 倍要小，即2p2＞p3。

（3）a 與b 的關(guān)系

甲容器與乙容器的平衡狀態(tài)相同， 甲容器中消耗掉N2和H2的物質(zhì)的量，與乙容器中生成N2和H2的物質(zhì)的量相等，因此兩個互為逆向過程的能量變化數(shù)值之和， 正好是該反應(yīng)的反應(yīng)熱 “數(shù)值”，即a＋b＝92．4。

（4）α1與α3的關(guān)系

注意，甲容器中的反應(yīng)物是N2和H2，乙和丙容器中的反應(yīng)物是NH3。 由乙容器與甲容器的平衡狀態(tài)完全相同得：α1＋α2＝1； 丙容器等效于甲容器加壓， 丙容器中NH3的轉(zhuǎn)化率比乙容器低，即α3＜α2，因此得出α1＋α3＜1 的結(jié)論。

答案：B D。

這確實是一道設(shè)計精到的好題！試題以可逆反應(yīng)N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）作為問題平臺，依托轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)熱和壓強等數(shù)據(jù)對比，全面考查了考生對化學(xué)平衡的理解。 其中以正、逆兩個方向建立平衡時各自反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率間關(guān)系的角度命題，在以往的高考題中并不多見。要解答好這道題考生要明確兩點：一是不同方向建立的兩個完全相同的平衡狀態(tài)其反應(yīng)熱“數(shù)值”之間的關(guān)系；二是不同方向建立的兩個完全相同的平衡狀態(tài)其反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系。其實體現(xiàn)本題解題思想的習(xí)題在平時的練習(xí)題中并不罕見，2010 年高考江蘇卷第14 題只是將這些解題思想巧妙的整合在一道試題中。 看看下列習(xí)題是不是有高考題的影子。

習(xí)題：可逆反應(yīng)A（g） ＋3B（g）?2C（g）；ΔH ＜0。有甲、乙兩個容積相同且不變的密閉容器，向甲容器中加入1 molA 和3 molB， 在一定條件下到達平衡時放出熱量為Q1kJ； 在相同的條件下，向乙容器中加入2 molC 達到平衡后吸收熱量為Q2kJ，已知Q1＝3Q2。 下列敘述錯誤的是

A．甲中A 的轉(zhuǎn)化率為75%

B．甲、乙中C 的體積分數(shù)相同

C．平衡后再向乙中加入0．25 mol A、0．75 mol B、1．5 mol C，平衡向生成C 的方向移動

D．乙中的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2C（g）?A（g）＋3B（g）；ΔH＝＋3Q2kJ·mol－1

從1993 年的全國卷到2010 年的江蘇卷，高考“等效平衡”問題無論是考查的深度、還是設(shè)問的角度都發(fā)生了很大的變化， 問題的綜合性和靈活性更強了。 但不論問題如何變化，在方法熟練、分析到位的情況下，“等效”思想具有的簡單高效、易于上手的優(yōu)點， 自然成為大多數(shù)人解題時的首選， 人們還不愿意通過化學(xué)平衡常數(shù)的推導(dǎo)去解決這類問題，看來“等效平衡”仍然是現(xiàn)階段中學(xué)化學(xué)教學(xué)繞不開的問題。